G01C22/00 Измерение расстояний, пройденных по земле людьми, животными, транспортными средствами, а также любыми движущимися твердыми телами, например с помощью шагомеров, педометров, спидометров
Автор(ы):
Ценных К.М.
Патентообладатель(и):
Научное конструкторско-технологическое бюро «Феррит»
Приоритеты:
Использование: в приборостроении, в приборах для измерения пути, пройденного пешеходом. Сущность изобретения: пройденный путь получают как сумму длин шагов, при определении каждой из которых измеряют амплитуду вертикального перемещения туловища человека и амплитуду его продольного ускорения. При вычислении длины шага учитывают постоянные коэффициенты, предварительно определенные на базисном участке.
Формула изобретения
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПУТИ, ПРОЙДЕННОГО ЧЕЛОВЕКОМ, включающий суммирование длин шагов L i , при определении каждой из которых учитывают постоянный коэффициент K 1 и измеряют амплитуду вертикального перемещения туловища человека S i (см), отличающийся тем, что, с целью повышения точности, при определении длины шага дополнительно измеряют амплитуду a i (см/с 2 ) продольного ускорения туловища человека, а длину шага находят из выражения L i =K+K+K 3 , где K 1 = 11,7 см 1/2 ; K 2 = 0,66 см 1/2 ; K 3 — постоянный коэффициент, предварительно определенный на базисном участке из выражения K 3 = , где L б — длина базисного участка, см; L изм — измеренное значение длины базисного участка, при K 3 = 0, см; N — число шагов.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в приборах для измерения пути, пройденного человеком.
Известен способ измерения пути, пройденного человеком, заключающийся в измерении времени переноса ноги на каждом шаге, определении длины шага путем деления некоторой постоянной величины на значение времени переноса ноги с последующим суммированием величин длин шагов.
Недостатком известного способа является невысокая точность измерения пути при движении в условиях разных грунтов и широком диапазоне темпов движения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу измерения пути является способ, включающий предварительное определение на участке измеренной длины постоянного коэффициента и суммирование длин шагов, при определении каждой из которых измеряют амплитуду вертикального перемещения туловища человека.
Недостатком известного способа является невысокая точность измерения пути при движении в различных условиях. Для известного способа справедливо соотношение S i =aL i 2 , где S i — амплитуда вертикального перемещения туловища человека; L i — длина шага; a — величина, постоянная для каждого человека.
Указанное соотношение справедливо при движении в нормальном режиме ходьбы по ровной поверхности. Однако при изменении условий движения на трассе (изменение типа грунта, нагрузки на человека) при больших колебаниях темпа движения, а также через 1-1,5 ч пути из-за влияния утомления человека, точность измерения длины шага уменьшается. Нормальный режим ходьбы является частным случаем ходьбы, для которой в общем случае длина шага является функцией как минимум двух независимых кинематических параметров, т.е.
Цель изобретения — повышение точности измерения пройденного пути.
Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем предварительное определение на участке измеренной длины постоянного коэффициента, суммирование длина шагов Li, при определении каждой из которых измеряют амплитуду вертикального перемещения туловища человека S i , дополнительно измеряют при определении длины шага амплитуду продольного ускорения туловища человека ai, а длину шага находят из выражения L i =K+K+K 3 , где Li — длина шага, см; S i — амплитуда вертикального перемещения туловища человека, см; a i — амплитуда продольного ускорения туловища человека, см/с 2 ; K 1 — постоянный коэффициент, равный 11,7 см 1/2 ; К 2 — постоянный коэффициент, равный 0,66 см 1/2 c; К 3 — постоянный коэффициент, см, определяемый для каждого человека на участке измеренной длины из выражения K 3 = , где L б — длина участка, см; L изм — измеренное по данному способу значение длины участка, см, при К 3 =0; N — число шагов.
Измерение в известном способе дополнительно амплитуды продольного ускорения туловища человека и последующее определение длины шага по формуле L i =K+K+K 3 позволяет повысить точность измерения пройденного пути при движении в различных условиях. На каждом шаге измеряют амплитуду вертикального перемещения и амплитуду продольного ускорения туловища человека и определяют длину шага по формуле L i =K+K+K 3 , (1) где L i — длина шага; S i — амплитуда вертикального перемещения; a i — амплитуда продольного ускорения; К 1 , К 2 , К 3 — постоянные коэффициенты.
Пройденный путь определяется суммированием величин длин всех шагов, т. е.
L пути =L i .
Значения постоянных коэффициентов К 1 , К 2 в уравнении (1) определены экспериментально и равны К 1 =11,7 см 1/2 , К 2 = =0,66 см 1/2 с при условии, что амплитуда вертикального перемещения S i измеряется в сантиметрах, амплитуда продольного ускорения a i — в см/с 2 , длина шага в сантиметрах. Значение постоянного коэффициента К 3 определяется для каждого человека следующим образом. Выбирается участок длиной не менее 200 м, коэффициент К 3 устанавливается равным нулю и при заданных значениях коэффициентов К 1 , К 2 измеряют по данному способу длину участка. Значение коэффициента К 3 определяют по формуле K 3 = , где L Б — длина участка; L изм — измеренное значение длины участка; N — число шагов.
Более точные значения постоянных коэффициентов К 1 , К 2 , К 3 для каждого человека могут быть определены следующим образом. В различных условиях движения (в зависимости от темпа движения, типа грунта, нагрузки на человека и т.п.) измеряются многократно длина шага L i и соответствующие данной длине шага значения и .
Значения коэффициентов К 1 , К 2 , К 3 находят из условия минимизации функционала Ф(L, , , K 1 , K 2 , K 3 )=(L-K -K -K 3 ) 2 = min, (2) где n — число опытных данных, полученных в ходе проведения экспериментов.
Минимум квадратичной формы (2) находится из решения системы нормальных уравнений, полученных дифференцированием данного функционального канала по искомым факторам К 1 , К 2 , К 3 , т.е.
(L i -K -K -K 3 ) = 0 , (L i — K— K — K 3 ) = 0 , .
Использование предлагаемого способа измерения пути, пройденного человеком, позволяет повысить точность измерения пройденного пути. Повышение точности измерения пройденного пути достигается тем, что экспериментально выявлены два независимых кинематических параметра, установлена взаимосвязь между длиной шага и независимыми параметрами.
Источник
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПУТИ, ПРОЙДЕННОГО ЧЕЛОВЕКОМ
Использование: в приборостроении, в приборах для измерения пути, пройденного пешеходом. Сущность изобретения: пройденный путь получают как сумму длин шагов, при определении каждой из которых измеряют амплитуду вертикального перемещения туловища человека и амплитуду его продольного ускорения.
При вычислении длины шага учитывают постоянные коэффициенты, предварительно определенные на базисном участке.
О произведении
Портал НЭБ предлагает вам прочитать онлайн патент «СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПУТИ, ПРОЙДЕННОГО ЧЕЛОВЕКОМ», заявителя Ценных К.М. , патентообладателя «Научное конструкторско-технологическое бюро «Феррит» ». Содержит 5 ст. Язык: «Русский».
Выражаем благодарность библиотеке «Федеральный институт промышленной собственности, отделение ВПТБ» за предоставленный материал.
Пожалуйста, авторизуйтесь
Ссылка скопирована в буфер обмена
Вы запросили доступ к охраняемому произведению.
Это издание охраняется авторским правом. Доступ к нему может быть предоставлен в помещении библиотек — участников НЭБ, имеющих электронный читальный зал НЭБ (ЭЧЗ).
В связи с тем что сейчас посещение читальных залов библиотек ограничено, документ доступен онлайн. Для чтения необходима авторизация через «Госуслуги».
Для получения доступа нажмите кнопку «Читать (ЕСИА)».
Если вы являетесь правообладателем этого документа, сообщите нам об этом. Заполните форму.
Источник
Одометр, курвиметр и дорожное колесо
Данная статья является теоретической частью к уроку «Курвиметр из Lego EV3».
Одометр (от древнегреческого odos — дорога, metron — мера) — прибор для точного определения пройденного расстояния. Этот прибор есть в каждом автомобиле, а использовать его начали еще до нашей эры. На приборной панели автомобиля одометр выводит информацию о пройденном пути с момента схода автомобиля с конвейера. Кроме этого, с его помощью можно узнать расстояние от одного пункта до другого. Одометр можно установить даже на велосипед.
Термин «одометр» прочно закрепился за измерителями пройденного пути, установленных на транспортных средствах.
Для ручных одометров, используемых для измерения кривых линий на картах или на строительном участке, используют другие термины.
Курвиметром (с греческого curvus – изогнутый, metron — мера) называют устройство для измерения длины кривых линий на карте или схеме. Первые курвиметры для работы с картами начали использовать топографы, моряки и военные в конце 19 века. С помощью курвиметра можно определить длину извилистой реки или дороги, просчитать длину туристического маршрута от одной точки до другой.
Механический курвиметр состоит из циферблата со шкалой (может быть несколько шкал, например, для пересчета сантиметров в километры или дюймов в мили), стрелки, колесика, корпуса и ручки. Если прижать колесико к карте и вести им по нужной линии, стрелка покажет пройденный путь в сантиметрах. Если масштаб карты 1: 50 000, то останется только умножить это число на 50 000 и получим длину линии в сантиметрах. Например, 2 см на циферблате в этом масштабе дадут длину пути в 100 000 см, или 1000 метров.
Дорожное колесо, он же дорожный курвиметр (реже — мерное колесо) – ручной прибор для измерения расстояния на местности. Это устройство по сравнению с картографическим курвиметром имеет огромное колесо с длиной окружности в 1 метр.
Дорожный курвиметр (дорожное колесо)
Дорожное колесо состоит из длинной ручки (как правило, телескопической), колеса с длиной окружности 1 метр и счетчика или электронного дисплея. Механический счетчик имеет несколько колесиков. Первое колесико счетчика обычно показывает дециметры (десятки сантиметров). Далее идут колесики с метрами, десятками метров и сотнями метров.
История
В трудах древнеримских писателей Страбона и Плиния Старшего можно найти упоминание о расстояниях, которое преодолевало войско Александра Македонского (336 — 323 года царствования до н.э.) при покорении новых земель. Причем упоминаемые маршруты оказались очень точными. Скорее всего, в эти далекие от нас времена уже использовали специальные приборы, которые позволяли с небольшой погрешностью измерять пройденный путь. По некоторым источникам первое упоминание механического одометра принадлежит древнегреческому ученому Архимеду (287—212 годы жизни до н. э.).
Одометр Герона Александрийского. В труде «О диоптре» во второй половине I века нашей эры греческий математик и механик Герон Александрийский дал детальное описание устройства одометра.
Напомним, что этот выдающийся инженер изобрел прибор для определения направления на объект (диоптр), автоматические двери, автоматический театр кукол, самозарядный арбалет, паровую турбину (эолипил Герона). В трехтомном трактате «Механика» Герон Александрийский описал пять видов простейших механизмов: рычаг, клин, винт, ворот и блок. Герон вывел «золотое правило механики», согласно которому выигрыш в силе при использовании простых механизмов сопровождается потерей в расстоянии. В оптике сформулировал законы отражения света и принцип прямолинейного движения света, в математике – способы измерения математических фигур.
Одометр Герона Александрийского представляет собой тележку на двух колесах. Длина окружности колеса такова, что за 400 оборотов тележка проезжала римскую милю (1 римская миля или миллиатрий = 1598 м). В коробочке помещались несколько червячных передач. Сверху на диске помещались камешки, которые при обороте колеса на нужный угол падали в ящик. Подсчитав количество камней можно было узнать, какое расстояние прошла тележка.
Одометр Леонардо да Винчи (1452 — 1519) – широко известная конструкция дорожного колеса итальянского средневекового художника, скульптора, архитектора, писателя, музыканта, изобретателя и ученого. Напомним, что кисти знаменитого итальянца принадлежат картины «Мона Лиза», «Тайная вечеря» и «Витрувианский человек». Леонардо да Винчи изобрел колесцовый замок (оригинальное устройство для высекания искры в пистолете), впервые предложил схему телескопа с двумя линзами, много занимался темой летательных аппаратов, но в этом деле не добился успеха. Его рисунки в области анатомии человеческого тела намного обогнали свое время.
Леонардо да Винчи в устройстве одометра заимствовал идеи у своих предшественников — древнеримского архитектора и инженера Ветрувия и Герона Александрийского. Как и в конструкции Герона в этом приборе используются камешки для подсчета расстояния.
Одометр Леонардо да Винчи и его 3D реконструкция
На верхнем рисунке мы видим два разных одометра Леонардо да Винчи. В первом случае изображена двухколесная тачка, во втором – одноколесная. Легкая одноколесная тачка подошла бы для измерения расстояния человеком, а устойчивая двухколесная – в качестве прицепа для лошадиной повозки.
С помощью многоступенчатой зубчатой передачи вращение от ведущей оси передается на горизонтальное колесо для счета. Двухколесная тачка, кстати, на ведущей оси имеет червячную передачу. В горизонтально расположенном колесе для счета имеются лунки, в которые кладут камешки.
Длина окружности колеса тачки – 1.5 метра. Каждые 6 метров (3 оборота) лунка на колесе для счета совпадает с отверстием, и камешек падает в корзину. 48 камней * 6 метров = 288 метров – такую дистанцию можно измерить без «перезарядки» инструмента.
Видео:
Вопросы:
1. От каких слов происходят термины «одометр» и «курвиметр»?
2. Какая механическая передача использовалась в одометре Герона Александрийского?
3. С помощью каких предметов в одометре Герона и Леонардо ла Винчи происходил подсчет пройденного расстояния?
4. Какая длина окружности колеса обычно используется в дорожном курвиметре?
5. Петя измерил длину туристического маршрута на карте масштабом 1:100 000 и получил 10 сантиметров на курвиметре. Какова истинная длина пути, которую должны пройти туристы?
+K
+K 3 , 
, 
+K
+K 3 , где Li — длина шага, см; 
, где L б — длина участка, см; 
+K
+K 3 позволяет повысить точность измерения пройденного пути при движении в различных условиях. На каждом шаге измеряют амплитуду вертикального перемещения и амплитуду продольного ускорения туловища человека и определяют длину шага по формуле 
+K
+K 3 , (1) где L i — длина шага; 
L i .
, где L Б — длина участка; 
и 
.
, 
, K 1 , K 2 , K 3 )=
(L-K 
-K 
-K 3 ) 2 = min, (2) где n — число опытных данных, полученных в ходе проведения экспериментов.
(L i -K 
-K 
-K 3 ) 
= 0 , 
(L i — K
— K 
— K 3 ) 
= 0 , 
.
Дорожный курвиметр (дорожное колесо)
